(57)【要約】【課題】  車両の操舵アシスト装置において、回転角センサの異常に対する対処および回転角センサの省略を可能にする。【解決手段】  ステアリングシャフト１２の一部をトーションバー１２ａで構成し、トーションバー１２ａ両端の回転角を回転角センサ２１，２２で検出することにより、操舵ハンドル１１に付与される操舵トルクを検出する。ラックバー１４には、ボールねじ機構１６を介して電動モータ１５から操舵アシスト力が付与される。電動モータ１５の回転は回転角センサ２３によって検出される。回転角センサ２２，２３のうちの一方によって検出される回転角は、ピニオンギヤ１３とラックバー１４の変換比、およびボールねじ機構１６の減速比を用いて互いに変換される。ボールねじ機構１６のガタに起因した変換誤差も補正される。【選択図】  図１
2007008299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータを備えるとともに、操舵ハンドルに上端にて接続されたステアリングシャフトの回転角を検出する回転角センサと、前記電動モータの回転角を検出する回転角センサとのうちの一方の回転角センサを備えた車両の操舵アシスト装置において、
前記一方の回転角センサによって検出された回転角を用いて、他方の回転角センサによって検出されるべき回転角を計算する回転角計算手段を設けたことを特徴とする車両の操舵アシスト装置。
【請求項２】
操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータを備えるとともに、操舵ハンドルに上端にて接続されたステアリングシャフトの回転角を検出する回転角センサとを備えた車両の操舵アシスト装置において、
前記回転角センサによって検出された回転角を用いて、前記電動モータの回転角を計算する回転角計算手段を設けたことを特徴とする車両の操舵アシスト装置。
【請求項３】
操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータと、操舵ハンドルに上端にて接続されてその一部にトーションバーを含むステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトに付与される操舵トルクを検出するために前記トーションバーの両端部の回転角をそれぞれ検出する一対の回転角センサとを備えた車両の操舵アシスト装置において、
前記一対の回転角センサのうちの前記電動モータ側の回転角センサによって検出された回転角を用いて、前記電動モータの回転角を計算する回転角計算手段と、
前記一対の回転角センサによってそれぞれ検出された回転角を用いて算出される操舵トルクおよび前記回転角計算手段によって計算された電動モータの回転角を用いて前記電動モータの回転を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする車両の操舵アシスト装置。
【請求項４】
操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータと、操舵ハンドルに上端にて接続されたステアリングシャフトの回転角を検出する第１回転角センサと、電動モータの回転角を検出する第２回転角センサとを備えた車両の操舵アシスト装置において、
前記第1および第２回転角センサの異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段によって前記第1および第２回転角センサの一方の回転角センサの異常が検出されたとき、前記一方の回転角センサによって検出された回転角を用いて、他方の回転角センサによって検出されるべき回転角を計算する回転角計算手段を設けたことを特徴とする車両の操舵アシスト装置。
【請求項５】
操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータと、操舵ハンドルに上端にて接続されてその一部にトーションバーを含むステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトに付与される操舵トルクを検出するために前記トーションバーの両端部の回転角をそれぞれ検出する一対の第１回転角センサと、操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータと、前記電動モータの回転角を検出する第２回転角センサと、前記一対の第1回転角センサによってそれぞれ検出された回転角を用いて算出される操舵トルクおよび前記第２回転角センサによって検出された電動モータの回転角を用いて前記電動モータの回転を制御する制御手段を備えた車両の操舵アシスト装置において、
前記一対の第１回転角センサのうちの前記電動モータ側の回転角センサおよび前記第２回転角センサの異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段によって前記一対の第１回転角センサのうちの前記電動モータ側の回転角センサおよび前記第２回転角センサの一方の回転角センサの異常が検出されたとき、前記一方の回転角センサによって検出された回転角を用いて、他方の回転角センサによって検出されるべき回転角を計算する回転角計算手段とを設け、
前記制御手段は、前記異常の検出された回転角センサによって検出されるべき回転角に代えて、前記回転角計算手段によって計算された回転角を用いて前記電動モータの回転を制御するようにしたことを特徴とする車両の操舵アシスト装置。
【請求項６】
前記ステアリングシャフトに動力伝達可能に連結され、前記ステアリングシャフトの軸線周りの回転に連動して軸線方向に変位して転舵輪を転舵するラックバーを備え、
前記電動モータは、前記ラックバー上に配置されて同ラックバーを軸線方向に駆動する請求項１ないし５のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵アシスト装置。
【請求項７】
前記回転角計算手段は、前記ステアリングシャフトの回転角から前記ラックバーの軸線方向の変位量への変換比と、前記電動モータの回転角から前記ラックバーの軸線方向の変位量への変換比とを用いて、前記回転角を計算する請求項６に記載した車両の操舵アシスト装置。
【請求項８】
前記電動モータの回転はボールねじ機構によって前記ラックバーの軸線方向の変位に変換され、
前記回転角計算手段は、さらに、前記ボールねじ機構のガタをも考慮して前記電動モータの回転角を計算する請求項７に記載した車両の操舵アシスト装置。
【請求項９】
前記ステアリングシャフトに動力伝達可能に連結され、前記ステアリングシャフトの軸線周りの回転に連動して軸線方向に変位して転舵輪を転舵するラックバーを備え、
前記電動モータは、前記ラックバー上に配置されて同ラックバーを軸線方向に駆動するように構成し、
前記第２回転角センサの軸倍角に対する前記第1回転センサの軸倍角の比と、前記ステアリングシャフトの回転角から前記ラックバーの軸線方向の変位量への変換比に、前記ラックバーの軸線方向の変位量から前記電動モータの回転角への変換比を乗算した値とが整数倍関係になるようにしたことを特徴とする請求項４または５に記載した車両の操舵アシスト装置。
【請求項１０】
前記整数倍関係は、１対１である請求項９に記載した車両の操舵アシスト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータを用いて操舵ハンドルの操舵操作をアシストする車両の操舵アシスト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば下記特許文献１に示されているように、操舵ハンドルの回動操作を電動モータの駆動力によってアシストする車両の操舵アシスト装置はよく知られている。この操舵アシスト装置においては、操舵ハンドルの回動操作によってステアリングシャフトを軸線回りに回転させ、このステアリングシャフトの回転をピニオンギヤによってラックバーの軸線方向の変位に変換し、ラックバーの軸線方向の変位によって転舵輪が転舵されるようになっている。一方、ラックバーは、ねじ送り機構を介して電動モータによって軸線方向に駆動制御されるようになっており、転舵輪は電動モータの回転力によっても転舵制御されるようになっている。そして、ステアリングシャフトの一部をトーションバーで構成するとともに、トーションバーの両端部に一対の回転角センサを設けておき、この一対の回転角センサによってそれぞれ検出された回転角を用いて操舵トルクを計算し、この計算した操舵トルクと、電動モータに組み付けられた回転角センサによって検出された電動モータの回転角とを用いて、電動モータを駆動制御して操舵トルクに応じてアシスト力を付与するようにしている。
【特許文献１】特開平１０−３１００６６号公報
【０００３】
しかし、上記従来の装置においては、操舵ハンドルの回動操作をアシストするために、トーションバーの両端に設けた一対の回転角センサと、電動モータに組み付けられた回転角センサとの両方の回転角センサを必ず必要とする。また、いずれか一方の回転角センサに故障が生じた場合にも、操舵ハンドルの回動操作をアシストすることができない。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、前記のような回転角センサを省略しても、また一方の回転角センサに故障が生じた場合にも、操舵ハンドルの回動操作をアシストすることができるようにした車両の操舵アシスト装置を提供することにある。
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータを備えるとともに、操舵ハンドルに上端にて接続されたステアリングシャフトの回転角を検出する回転角センサと、電動モータの回転角を検出する回転角センサとのうちの一方の回転角センサを備えた車両の操舵アシスト装置において、一方の回転角センサによって検出された回転角を用いて、他方の回転角センサによって検出されるべき回転角を計算する回転角計算手段を設けたことにある。
【０００６】
この場合、例えば、ステアリングシャフトの回転角を検出する回転角センサのみを設けて、回転角計算手段が、この回転角センサによって検出された回転角を用いて、電動モータの回転角を計算するようにするとよい。具体的には、ステアリングシャフトに付与される操舵トルクを検出するために、ステアリングシャフトの一部をトーションバーで構成するとともに、トーションバーの両端部の回転角をそれぞれ検出する一対の回転角センサを設ける。そして、回転角計算手段は前記一対の回転角センサのうちの電動モータ側の回転角センサによって検出された回転角を用いて電動モータの回転角を計算し、制御手段が、前記一対の回転角センサによってそれぞれ検出された回転角を用いて算出される操舵トルクおよび前記回転角計算手段によって計算された電動モータの回転角を用いて電動モータの回転を制御する。
【０００７】
さらに具体的には、電動モータは、ステアリングシャフトに動力伝達可能に連結されるとともに、ステアリングシャフトの軸線周りの回転に連動して軸線方向に変位して転舵輪を転舵するラックバー上に配置されて、同ラックバーを軸線方向に駆動する。そして、回転角計算手段は、ステアリングシャフトの回転角からラックバーの軸線方向の変位量への変換比と、電動モータの回転角からラックバーの軸線方向の変位量への変換比とを用いて、回転角を計算する。
【０００８】
このように構成した本発明の特徴においては、回転角計算手段が、ステアリングシャフトの回転角または電動モータの回転角の一方を計算するので、ステアリングシャフト側の回転角センサまたは電動モータ側の回転角センサを省略できる。これにより、操舵ハンドルの回動操作をアシストするために必要な回転角センサの数を減らすことができるので、車両の操舵アシスト装置の製造コストを低減することができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータと、操舵ハンドルに上端にて接続されたステアリングシャフトの回転角を検出する第１回転角センサと、電動モータの回転角を検出する第２回転角センサとを備えた車両の操舵アシスト装置において、第1および第２回転角センサの異常を検出する異常検出手段と、異常検出手段によって第1および第２回転角センサの一方の回転角センサの異常が検出されたとき、一方の回転角センサによって検出された回転角を用いて、他方の回転角センサによって検出されるべき回転角を計算する回転角計算手段を設けたことにある。
【００１０】
この場合も、例えば、ステアリングシャフトに付与される操舵トルクを検出するために、ステアリングシャフトの一部をトーションバーで構成するとともに、トーションバーの両端部の回転角をそれぞれ検出する一対の第１回転角センサを設ける。また、異常検出手段は、一対の第１回転角センサのうちの電動モータ側の回転角センサおよび第２回転角センサの異常を検出する。そして、制御手段は、異常検出手段によって異常が検出されなければ、一対の第１回転角センサによってそれぞれ検出された回転角を用いて算出される操舵トルクおよび第２回転角センサによって検出された電動モータの回転角を用いて電動モータの回転を制御し、異常検出手段によって異常が検出されれば、異常の検出された回転角センサによって検出されるべき回転角に代えて、回転角計算手段によって計算された回転角を用いて電動モータの回転を制御するようにする。
【００１１】
また、この場合も、電動モータは、ステアリングシャフトに動力伝達可能に連結されるとともに、ステアリングシャフトの軸線周りの回転に連動して軸線方向に変位して転舵輪を転舵するラックバー上に配置されて、同ラックバーを軸線方向に駆動する。そして、回転角計算手段は、ステアリングシャフトの回転角からラックバーの軸線方向の変位量への変換比と、電動モータの回転角からラックバーの軸線方向の変位量への変換比とを用いて、回転角を計算する。
【００１２】
このように構成した本発明の他の特徴においては、回転角計算手段が、異常の検出されない回転角センサによって検出された回転角を用いて、異常の検出された回転角センサによって検出されるべき回転角を計算する。したがって、ステアリングシャフト側の回転角センサまたは電動モータ側の回転角センサに異常が発生しても、操舵ハンドルの回動操作に対するアシスト制御を続行できる。
【００１３】
また、本発明の他の特徴は、前述した発明において、電動モータの回転がボールねじ機構によってラックバーの軸線方向の変位に変換されるようになっている場合には、回転角計算手段は、さらに、ボールねじ機構のガタをも考慮して前記電動モータの回転角を計算するようにするとよい。これによれば、回転角計算手段によって計算される回転角の精度が向上し、より良好な制御が期待される。
【００１４】
さらに、本発明の他の特徴は、前述したラックバー、第１回転角センサおよび第２回転角センサを備えた車両の操舵アシスト装置において、第２回転角センサの軸倍角に対する第1回転センサの軸倍角の比と、ステアリングシャフトの回転角から前記ラックバーの軸線方向の変位量への変換比に、ラックバーの軸線方向の変位量から電動モータの回転角への変換比を乗算した値とが整数倍関係になるようにしたことにある。この場合、前記整数倍関係は、１対１であるとさらによい。これによれば、回転角計算手段による回転角の計算が簡単になるとともに、計算精度も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明すると、図1は、本発明に係る操舵アシスト装置を適用した車両の操舵装置の全体概略図である。
【００１６】
この車両の操舵装置は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されており、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２はステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に転舵される。
【００１７】
ステアリングシャフト１２の中間には、その一部を構成するトーションバー１２ａがステアリングシャフト１２と一体的に軸線周りに回転するように介装されている。また、ラックバー１４の外周上には、図示しないラックハウジングに組み付けられた電動アクチュエータとしての電動モータ１５が配置されていている。この電動モータ１５は、３相ブラシレスモータで構成され、その回転時に、ボールねじ機構（ねじ送り機構）１６を介してラックバー１４を軸線方向に駆動する。
【００１８】
また、車両の操舵装置は、回転角センサ２１，２２，２３、温度センサ２４、車速センサ２５、基板温度センサ２６、電子制御ユニット３０および駆動回路３１からなる電気制御回路装置も備えている。
【００１９】
回転角センサ２１，２２，２３は、いずれもレゾルバで構成されている。回転角センサ２１，２２は、トーションバー１２ａの捩れ量を検出することによりステアリングシャフト１２に付与される操舵トルクを検出するために設けられたものである。回転角センサ２１は、トーションバー１２ａの上端側連結部に組み付けられて、トーションバー１２ａの上端部の軸線周りの基準位置からの回転角（電気角）θ１を検出する。回転角センサ２２は、トーションバー１２ａの下端側連結部に組み付けられて、トーションバー１２ａの下端部の軸線周りの基準位置からの回転角（電気角）θ２を検出する。回転角センサ２３は、電動モータ１５に組み付けられて、電動モータ１５の回転角（電気角）θｍを検出する。これらの回転角θ１，θ２，θｍは、それぞれ正により操舵ハンドル１１の右操舵に対応した回転方向を表すとともに、負により操舵ハンドル１１の左操舵に対応した回転方向を表し、絶対値により大きさを表している。
【００２０】
温度センサ２４は、電動モータ１５のハウジングに組み付けられ、同ハウジングの温度θｍを検出する。また、この温度センサ２４を電動モータ１５のハウジング以外の電動モータ１５の近傍に配置し、電動モータ１５の環境温度を検出するようにしてもよい。車速センサ２５は、車速Ｖを検出する。基板温度センサ２６は、電子制御ユニット３０および駆動回路３１の配置されている基板の温度Ｔｂを検出する。これらのセンサ２１〜２６は、電子制御ユニット３０に接続されている。
【００２１】
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、図２に示す操舵アシストプログラム（図３の補正値学習プログラム、図４の第１回転角変換ルーチンおよび図５の第２回転角変換ルーチンを含む）を所定の短時間ごとに繰り返し実行する。この操舵アシストプログラムの繰り返し実行により、電子制御ユニット３０は、駆動回路３１を介して電動モータ１５を３相インバータ制御する。駆動回路３１は、電子制御ユニット３０に制御され、電動モータ１５に３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを流して電動モータ１５を駆動制御する。また、駆動回路３１には電流センサ３１ａも内蔵されており、電流センサ３１ａは電動モータ１５に流れる３相電流３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを検出して電子制御ユニット３０に供給する。
【００２２】
次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。電子制御ユニット３０は、イグニッションスイッチの投入後、図２の操舵アシストプログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行する。この操舵アシストプログラムは、ステップＳ１０にて開始され、ステップＳ１１にて回転角センサ２２，２３の異常を診断する。この異常診断においては、例えば、回転角センサ２２，２３からの信号を入力して、回転角センサ２２，２３内およびその周辺回路の短絡、断線を診断する。なお、実際には、他のセンサ２１，２４〜２６の異常も診断されるが、本発明に直接関係しないので、それらの異常診断に関しては説明を省略する。そして、両回転センサ２２，２３に異常が発生していなければ、電子制御ユニット３０は、ステップＳ１２にて「Ｙｅｓ」すなわち異常なしと判定して、ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理を実行する。
【００２３】
ステップＳ１３においては、回転角センサ２１，２２，２３から検出回転角θ１，θ２，θｍをそれぞれ入力するとともに、車速センサ２５から検出車速Ｖを入力する。ステップＳ１４においては、回転角θ１から回転角θ２を減算し、減算結果に予め決められた一定係数を乗算することにより、ステアリングシャフト１２に付与されている操舵トルクＴＲを計算する。なお、この操舵トルクＴＲも、正により操舵ハンドル１１の右操舵に対応したトルクの方向を表すとともに、負により操舵ハンドル１１の左操舵に対応したトルクの方向を表し、絶対値により大きさを表している。この操舵トルクＴＲの計算は、操舵トルクＴＲに比例した量の捩れがトーションバー１２ａに発生していることに基づく。ステップＳ１５においては、ボールねじ機構１６のガタに起因した回転角センサ２２、２３によって検出された回転角θ２，θｍ間の変換誤差αを学習するための補正値学習ルーチンを実行する。
【００２４】
補正値学習ルーチンは、図３に詳細に示されているように、ステップＳ３０にて開始される。ステップＳ３０の開始後、電子制御ユニット３０は、タイマとの協働により前回のステップＳ３２以降の処理から所定時間が経過しているかを判定する。この判定は、ステップＳ３２以降の処理の頻度を下げるためである。所定時間の経過が判定されない場合には、ステップＳ３１にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ４４にてこの補正値学習ルーチンの実行を一旦終了する。
【００２５】
一方、前回のステップＳ３２以降の処理から所定時間が経過している場合には、電子制御ユニット３０は、ステップＳ３１にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ３２にて学習フラグＬＦＬが“０”であるか否かを判定する。この学習フラグＬＦＬは、“１”により学習中を表し、学習終了ごとに“０”に設定されるとともに、イグニッションスイッチの投入直後には“０”に設定されている。最初、この学習フラグＬＦＬは“０”に設定されているので、電子制御ユニット３０は、ステップＳ３２にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ３３にて変換誤差の累算回数ｎおよび変換誤差の累算値ＳＵＭを「０」に設定するとともに、学習フラグＬＦＬを“１”に設定する。
【００２６】
次に、電子制御ユニット３０は、ステップＳ３４にて、前記計算した操舵トルクＴＲの絶対値｜ＴＲ｜が予め決めた正の小さな所定値ＴＲo以上であるかを判定する。この判定は、操舵ハンドル１１が回動操作されていなく、操舵トルクＴＲがほぼ「０」であるときには、ボールねじ機構１６のガタによる回転角θ２，θｍ間の変換誤差αの測定が不能であるためである。また、電子制御ユニット３０は、ステップＳ３５にて、前記入力した回転角θ２の絶対値｜θ２｜が予め決めた正の小さな所定値θ２o以上であるかを判定する。この判定も、操舵ハンドル１１が回動操作されていなく、回転角θ２がほぼ「０」であるときには、ボールねじ機構１６のガタによる回転角θ２，θｍ間の変換誤差αの測定が不能であるためである。いま、操舵トルクＴＲの絶対値｜ＴＲ｜が所定値ＴＲo未満または回転角θ２の絶対値｜θ２｜が所定値θ２o未満であれば、ステップＳ３４，Ｓ３５のいずれかにて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ４４にてこの補正値学習ルーチンの実行を終了する。
【００２７】
一方、操舵トルクＴＲの絶対値｜ＴＲ｜が所定値ＴＲo以上かつ回転角θ２の絶対値｜θ２｜が所定値θ２o以上であれば、ステップＳ３４，Ｓ３５にて共に「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３６以降に進む。ステップＳ３６においては、ステアリングシャフト１２の回転角からラックバー１４の軸線方向の変位量への変換比（すなわちラックストローク比）を用いて、回転角θ２をラックストローク量ＲＳＴ（ラックバー１４の軸線方向の変位量）に変換する。ステップＳ３７においては、ラックバー１４の軸線方向の変位量から電動モータ１５の回転角への変換比（すなわち減速比の逆数）を用いて、ラックストローク量ＲＳＴを推定回転角θmcに変換する。なお、これらの変換比は、ピニオンギヤ１３とラックバー１４のラック歯との関係、およびボールねじ機構１６の構造によって予め決められた定数であり、電子制御ユニット３０内に予め記憶されている。
【００２８】
次に、電子制御ユニット３０は、ステップＳ３８にて、累算値ＳＵＭに、前記計算した推定回転角θmcと前記入力した回転角θｍとの差の絶対値｜θmc−θｍ｜を加算する。そして、ステップＳ３９にて累算回数ｎに「１」を加算して、ステップＳ４０にて累算回数ｎが予め決められた２以上の整数値Ｎ以上であるかを判定する。累算回数ｎが整数値Ｎ未満であれば、ステップＳ４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ４４にてこの補正値学習ルーチンの実行を一旦終了する。
【００２９】
一方、この補正値学習ルーチンが繰り返し実行されて、累算回数ｎが整数値Ｎに達すると、ステップＳ４０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ４１にて累算値ＳＵＭを累算回数ｎで除算することにより変換誤差αとする。そして、ステップＳ４２にて、この変換誤差αを電子制御ユニット３０内の不揮発性メモリに記憶し、ステップＳ４３にて学習フラグＬＦＬを“０”に戻して、ステップＳ４４にてこの補正値学習ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、この補正値学習ルーチンが次に実行された場合には、変換誤差αの新たな学習演算が行われ始める。
【００３０】
ふたたび、図２の操舵アシストプログラムに戻り、前記ステップＳ１５の補正値学習ルーチンの実行後、電子制御ユニット３０は、ステップＳ２４にて、アシスト電流テーブルを参照して、前記計算した操舵トルクＴおよび前記入力した車速Ｖに応じた目標アシスト電流値Ｉas＊を計算する。アシスト電流テーブルは、電子制御ユニット３０のＲＯＭ内に設けられたもので、図６に示すように、操舵トルクＴＲの増加に従って増加する目標アシスト電流値Ｉas＊を記憶している。また、この目標アシスト電流値Ｉas＊は、同一の操舵トルクＴＲに対して、車速Ｖが低くなるに従って大きな値を示す。なお、このアシスト電流テーブルを利用するのに代え、操舵トルクＴＲおよび車速Ｖに応じて変化する目標アシスト電流値Ias＊を関数として予め記憶しておき、この関数を用いた演算の実行により操舵トルクＴＲおよび車速Ｖに応じた目標アシスト電流値Ｉas＊を計算するようにしてもよい。
【００３１】
前記ステップＳ２４の処理後、電子制御ユニット３０は、ステップＳ２５にて、回転角センサ２３による検出回転角θｍ、温度センサ２４による検出温度Ｔｃ、基板温度センサ２６による検出温度Ｔｂ、および電流センサ３１ａによる検出駆動電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを入力する。そして、これらの入力値θｍ，Ｔｃ，Ｔｂ，Ｉu，Ｉv，Ｉwを用いて、電動モータ１５のコイル温度を推定し、コイルの破壊を防止するために目標アシスト電流値Ｉas＊の上限を制限する。すなわち、コイルの推定温度が異常に高くなる場合には、前記ステップＳ２４にて計算された目標アシスト電流値Ｉas＊が小さな値または「０」に変更される。
【００３２】
ここで、このコイル温度の推定演算について簡単に説明しておくと、基本的には、駆動電流Ｉu，Ｉv，Ｉwの２乗値を用いてコイルの発熱量を時間積分すると同時に、コイルの放熱および検出温度Ｔｃを考慮してコイルの温度を推定する。また、この温度推定においては、基板の検出温度Ｔｂの変化が考慮されるとともに、回転角θｍを微分することにより算出した角速度によって表される電動モータ１５の回転状態も考慮される。
【００３３】
前記ステップＳ２５の処理後、電子制御ユニット３０は、ステップＳ２６にて、前記入力値θｍ，Ｉu，Ｉv，Ｉwおよび前記計算した目標アシスト電流値Ias＊を用いて、駆動回路３１を介して電動モータ１５をインバータ制御することにより、電動モータ１５に目標アシスト電流値Ias＊に対応した駆動電流が流れるように制御する。この制御においては、検出駆動電流Ｉu，Ｉv，Ｉwは電動モータ１５に流れる駆動電流のフィードバック制御量として利用される。また、この制御処理においては、目標アシスト電流値Ias＊に対応した２相指令電流値を計算し、この計算した２相指令電流値に基づいて電動モータ１５を３相インバータ制御しており、これらの２相／３相変換処理のために、電動モータ１５の回転角θｍが利用されている。そして、ステップＳ２７にて、この操舵アシストプログラムの実行が終了される。
【００３４】
この目標アシスト電流値Ias＊に応じた電動モータ１５の駆動制御により、電動モータ１５はボールねじ機構１６を介してラックバー１４を軸線方向に駆動する。一方、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作は、ステアリングシャフト１２およびピニオンギヤ１３を介してラックバー１４に伝達され、ラックバー１４を軸線方向に駆動する。これにより、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作して左右前輪ＦＷ１,ＦＷ２を転舵しようとすると、電動モータ１５により前記運転者による操舵ハンドル１１の回動操作がアシストされる。この操舵アシスト制御においては、操舵トルクＴＲが大きくなるに従って目標アシスト電流値Ｉas＊は大きくなるので、運転者は小さな操舵力で左右前輪ＦＷ１,ＦＷ２を操舵することができる。また、車速Ｖが低くなるに従って目標アシスト電流値Ｉas＊は大きくなるので、高速走行時における車両の走行安定性が良好に保たれるとともに、低速走行時の車両の小回り性能も良好となる。
【００３５】
次に、回転角センサ２２，２３の一方のみに異常が発生した場合について説明する。まず、回転角センサ２３に異常が発生した場合について説明する。この場合、電子制御ユニット３０は、ステップＳ１２にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１６にて「Ｎｏ」すなわち両回転角センサには同時に異常が発生していないと判定し、ステップＳ１７にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１８にて、回転角センサ２１，２２から検出回転角θ１，θ２をそれぞれ入力するとともに、車速センサ２５から検出車速Ｖを入力する。そして、ステップＳ１９にて、前述したステップＳ１４と同様な処理により、ステアリングシャフト１２に付与されている操舵トルクＴＲを計算する。次に、ステップＳ２０にて、第１回転角変換ルーチンを実行する。
【００３６】
第１回転角変換ルーチンは、図４に詳細に示されているように、ステップＳ５０にて開始される。ステップＳ５０の開始後、電子制御ユニット３０は、ステップＳ５１にて、前述した図３のステップＳ３６の処理と同様にして、回転角θ２をラックストローク量ＲＳＴ（ラックバー１４の軸線方向の変位量）に変換する。そして、ステップＳ５２にて、前述したステップＳ３７の処理と同様にして、ラックストローク量ＲＳＴを回転角センサ２３によって検出されるべき電動モータ１５の回転角θmに変換する。
【００３７】
次に、ステップＳ５３〜Ｓ５８の処理により、ボールねじ機構１６のガタによる変換回転角θｍの補正値ＯＦＦを決定する。この補正値ＯＦＦは、操舵ハンドル１１の回動操作時に、ボールねじ機構１６のガタに起因した変換誤差αに対応する。そして、ラックバー１４の左右方向へ変位によって左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵する場合に、電動モータ１５も前記ラックバー１４の変位方向と同方向にラックバー１４を変位させるように回動する必要があるので、変換回転角θｍをさらに前記ラックバーの変位方向に対応した角度だけ増減させる必要がある。言い換えれば、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を右方向に転舵している場合には、正である変換回転角θｍに正である変換誤差αを加算する必要がある。逆に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を左方向に転舵している場合には、負である変換回転角θｍから正である変換誤差αを減算する必要がある。
【００３８】
したがって、操舵トルクＴＲの絶対値｜ＴＲ｜が前記小さな所定値ＴＲo以上で、回転角θ２が予め決めた小さな正の所定値θ２o以上であれば、ステップＳ５３にて「Ｙｅｓ」、Ｓ５４にて「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップＳ５６にて補正値ＯＦＦは正の変換誤差αに設定される。また、操舵トルクＴＲの絶対値｜ＴＲ｜が前記小さな所定値ＴＲo以上で、回転角θ２が負の所定値−θ２o以下であれば、ステップＳ５３にて「Ｙｅｓ」、ステップＳ５４にて「Ｎｏ」、ステップＳ５５にて「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップＳ５８にて補正値ＯＦＦは負の変換誤差−αに設定される。さらに、操舵トルクＴＲの絶対値｜ＴＲ｜が前記小さな所定値ＴＲo未満または回転角θ２の絶対値｜θ２｜が所定値θ２o未満であれば、ステップＳ５３にて「Ｎｏ」またはステップＳ５４，Ｓ５５にて共に「Ｎｏ」と判定されて、ステップＳ５８にて補正値ＯＦＦは「０」に設定される。なお、前記補正値学習ルーチンによって変換誤差αが未だ計算されていない場合には、電子制御ユニット３０に予め記憶されている変換誤差αの初期値αoを用いる。
【００３９】
前記ステップＳ５６〜Ｓ５８の処理後、電子制御ユニット３０は、ステップＳ５９にて前記変換回転角θｍに補正値ＯＦＦを加算して、ステップＳ６０にて第１回転角変換ルーチンの実行を終了する。ふたたび、図２の操舵アシストプログラムの実行に戻り、ステップＳ２０の第１回転角変換ルーチンの実行後、電子制御ユニット３０は、回転角センサ２３による検出回転角θｍに代えて前記補正後の変換回転角θｍを用い、前述したステップＳ２４〜２６の処理により電動モータ１５を駆動制御する。したがって、この場合も、運転者による操舵操作は、操舵トルクＴＲおよび車速Ｖに応じてアシストされる。
【００４０】
次に、回転角センサ２２のみに異常が発生した場合について説明する。この場合、電子制御ユニット３０は、ステップＳ１２にて「Ｎｏ」、ステップＳ１６にて「Ｎｏ」、ステップＳ１７にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ２１にて、回転角センサ２１，２３から検出回転角θ１，θｍをそれぞれ入力するとともに、車速センサ２５から検出車速Ｖを入力する。そして、ステップＳ２２にて、第２回転角変換ルーチンを実行する。
【００４１】
第２回転角変換ルーチンは、図５に詳細に示されているように、ステップＳ７０にて開始される。ステップＳ７０の開始後、電子制御ユニット３０は、ステップＳ７１〜Ｓ７５の処理によりボールねじ機構１６のガタによる変換回転角θｍの補正値ＯＦＦを決定する。この場合には、前記とは逆に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を右方向に転舵している場合には、正である検出回転角θｍから正である変換誤差αを減算する必要がある。逆に、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を左方向に転舵している場合には、負である検出回転角θｍに正である変換誤差αを加算する必要がある。しかし、この場合には、回転角θ２は未知であって操舵トルクＴＲが計算されていないので、検出回転角θｍのみを用いて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の左右の転舵を判定する必要がある。
【００４２】
したがって、回転角θｍが予め決めた小さな正の所定値θmo以上であれば、ステップＳ７１にて「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップＳ７３にて補正値ＯＦＦは正の変換誤差αに設定される。また、回転角θｍが負の所定値−θmo以下であれば、ステップＳ７１にて「Ｎｏ」、ステップＳ７２にて「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップＳ７４にて補正値ＯＦＦは負の変換誤差−αに設定される。さらに、回転角θｍの絶対値｜θｍ｜が所定値θmo未満であれば、ステップＳ７１，Ｓ７２にて共に「Ｎｏ」と判定されて、ステップＳ７５にて補正値ＯＦＦは「０」に設定される。なお、前記補正値学習ルーチンによって変換誤差αが未だ計算されていない場合には、電子制御ユニット３０に予め記憶されている初期値αの初期値αoを用いる。前記ステップＳ７３〜Ｓ７５の処理後、電子制御ユニット３０は、ステップＳ７６にて検出回転角θｍから補正値ＯＦＦを減算する。
【００４３】
次に、ステップＳ７７にて、前述したラックバー１４の軸線方向の変位量から電動モータ１５の回転角への変換比の逆数（すなわち減速比）を用いて、補正した回転角θｍをラックストローク量ＲＳＴ（ラックバー１４の軸線方向の変位量）に変換する。次に、ステップＳ７８にて、前述したステアリングシャフト１２の回転角からラックバー１４の軸線方向の変位量への変換比の逆数（すなわちラックストローク比の逆数）を用いて、ラックストローク量ＲＳＴを回転角θ２に変換する。そして、ステップＳ７９にて第２回転角変換ルーチンの実行を終了する。
【００４４】
ふたたび、図２の操舵アシストプログラムの実行に戻り、ステップＳ２２の第２回転角変換ルーチンの実行後、電子制御ユニット３０は、ステップＳ２３にて、前記ステップＳ１４の処理と同様に、前記入力した回転角θ１から前記変換した回転角θ２を減算することにより操舵トルクＴＲを計算する。電子制御ユニット３０は、回転角センサ２２による検出回転角θ２に代えて前記変換回転角θ２を用い、前述したステップＳ２４〜２６の処理により電動モータ１５を駆動制御する。したがって、この場合も、運転者による操舵操作は、操舵トルクＴＲおよび車速Ｖに応じてアシストされる。
【００４５】
さらに、回転角センサ２２，２３の両者に異常が発生した場合には、ステップＳ１２にて「Ｎｏ」、ステップＳ１６にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２７にて操舵アシストプログラムの実行を終了する。したがって、この場合には、運転者による操舵操作は、電動モータ１５によってアシストされない。
【００４６】
上記作動説明からも理解できるように、上記第１実施形態によれば、回転角センサ２２，２３のうちの一方に異常が発生した場合には、一方の回転角センサによって検出された回転角θ２（またはθｍ）を用いて、他方の回転角センサによって検出されるべき回転角θｍ（またはθ２）が変換計算される。そして、変換計算された回転角θｍ（またはθ２）を用いて電動モータ１５の作動が制御されるので、回転角センサ２２，２３の一方に異常が発生しても、操舵ハンドル１１の回動操作に対するアシスト制御を続行できる。また、前記回転角θｍ（またはθ２）の変換計算においては、ボールねじ機構１６のガタも考慮されるので、変換計算される回転角θｍ（またはθ２）の精度が向上し、より良好な制御が期待される。
【００４７】
ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態に係る車両の操舵装置は、図１の回転角センサ２３を省略したものであり、電子制御ユニット３０は、図２の操舵アシストプログラムに代えて図７の操舵アシストプログラム（図４の第１回転角変換ルーチンを含む）を実行する。他の構成は、上記第１実施形態と同じである。
【００４８】
次に、上記のように構成した第２実施形態の動作を説明すると、電子制御ユニット３０は、イグニッションスイッチの投入後、図７のステップＳ１００〜Ｓ１０７からなる操舵アシストプログラムの実行を所定の短時間ごとに繰り返し実行する。この操舵アシストプログラムのステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理は、図２のステップＳ１８〜Ｓ２０の処理と同様であり、これらのステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理により、回転角θ１，θ２および車速Ｖが入力され、操舵トルクＴＲおよび回転角θｍが計算される。なお、ステップＳ１０３の第１回転角変換ルーチンにおいては、予め実験により測定した変換誤差αを電子制御ユニット３０内の不揮発性メモリに記憶しておいて、この記憶しておいた変換誤差αを、回転角θｍの変換計算に用いる。また、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理は、図２のステップＳ２４〜Ｓ２６の処理と同様であり、これらのステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理により、回転角θ１，θ２，θｍ、操舵トルクＴＲおよび車速Ｖを用いて電動モータ１５が駆動制御されて、上記第１実施形態の場合と同様に、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシスト力が付与される。
【００４９】
その結果、この第２実施形態においては、上記第１実施形態の回転角センサ２３を省略しても、回転角センサ２２によって検出された回転角θ２を用いて、回転角センサ２３によって検出されるべき回転角θｍが変換計算される。そして、変換計算された回転角θｍを用いて電動モータ１５の作動が制御されるので、回転角センサ２３を省略しても、操舵ハンドル１１の回動操作に対するアシスト制御を行うことができる。したがって、上記第２実施形態によれば、車両の操舵装置の製造コストを低減できる。また、前記回転角θｍの変換計算においては、ボールねじ機構１６のガタも考慮されるので、変換計算される回転角θｍの精度が向上し、より良好な制御が期待される。
【００５０】
ｃ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態に係る車両の操舵装置は、図１の回転角センサ２２を省略したものであり、電子制御ユニット３０は、図２の操舵アシストプログラムに代えて図８の操舵アシストプログラム（図５の第２回転角変換ルーチンを含む）を実行する。他の構成は、上記第１実施形態と同じである。
【００５１】
次に、上記のように構成した第３実施形態の動作を説明すると、電子制御ユニット３０は、イグニッションスイッチの投入後、図８のステップＳ１１０〜Ｓ１１７からなる操舵アシストプログラムの実行を所定の短時間ごとに繰り返し実行する。この操舵アシストプログラムのステップＳ１１１〜Ｓ１１３の処理は、図２のステップＳ２１〜Ｓ２３の処理と同様であり、これらのステップＳ１１１〜Ｓ１１３の処理により、回転角θ１，θｍおよび車速Ｖが入力され、回転角θ２および操舵トルクＴＲが計算される。なお、ステップＳ１１２の第２回転角変換ルーチンにおいては、予め実験により測定した変換誤差αを電子制御ユニット３０内の不揮発性メモリに記憶しておいて、この記憶しておいた変換誤差αを、回転角θ２の変換計算に用いる。また、ステップＳ１１４〜Ｓ１１６の処理は、図２のステップＳ２４〜Ｓ２６の処理と同様であり、これらのステップＳ１１４〜Ｓ１１６の処理により、回転角θ１，θ２，θｍ、操舵トルクＴＲおよび車速Ｖを用いて電動モータ１５が駆動制御されて、上記第１実施形態の場合と同様に、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシスト力が付与される。
【００５２】
その結果、この第３実施形態においては、上記第１実施形態の回転角センサ２２を省略しても、回転角センサ２３によって検出された回転角θｍを用いて、回転角センサ２２によって検出されるべき回転角θ２が変換計算される。そして、変換計算された回転角θ２を用いて電動モータ１５の作動が制御されるので、回転角センサ２２を省略しても、操舵ハンドル１１の回動操作に対するアシスト制御を行うことができる。したがって、上記第３実施形態によれば、車両の操舵装置の製造コストを低減できる。また、前記回転角θ２の変換計算においては、ボールねじ機構１６のガタも考慮されるので、変換計算される回転角θ２の精度が向上し、より良好な制御が期待される。
【００５３】
ｄ．変形例
さらに、本発明は上記第１ないし第３実施形態は、次のように変形することもできる。上記第１実施形態においては、変換誤差αを補正値学習ルーチンの実行によって計算するようにした。しかし、この補正学習ルーチンを省略して、この変換誤差αを予め実験により測定し、測定結果に基づく変換誤差αを電子制御ユニット３０内の不揮発性メモリに記憶しておき、この記憶した変換誤差αを常に利用するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記第１ないし第３実施形態においては、図４の第１および第２回転角変換ルーチンにて変換誤差αを用いてボールねじ機構１６のガタに伴う回転角の補正を行うようにした。しかし、ボールねじ機構１６のガタが小さく補正する必要がない場合には、変換誤差αを用いた回転角の補正を省略してもよい。この場合、図４のステップＳ５３〜Ｓ５９および図５のステップＳ７１〜Ｓ７６の処理を省略すればよい。
【００５５】
また、上記第１ないし第３実施形態によれば、電動モータ１５によりラックバー１４を軸線方向に駆動することにより、操舵ハンドル１１の操舵操作をアシストするようにした。しかし、これに代えて、アシスト用の電動モータをステアリングシャフト１２の下部近傍に配置し、回転角センサ２２とピニオンギヤ１３の間の位置にてステアリングシャフト１２を回転駆動することにより、操舵ハンドル１１の操舵操作をアシストするようにしてもよい。この場合、回転運動と直線運動との変換機能をもつ前記ボールねじ機構１６を用いる必要がなくなるので、前記ボールねじ機構１６のガタ補正を必要としなくなる。
【００５６】
また、上記第１ないし第３実施形態において、回転角センサ２１，２２，２３の軸倍角、ピニオンギヤ１３とラックバー１４によるステアリングシャフト１２の回転角からラックバー１４の軸線方向の変位量への第１変換比、およびボールねじ機構１６によるラックバー１４の軸線方向の変位量から電動モータ１５の回転角への第２変換比を調整することにより、回転角センサ２３の軸倍角に対する両回転センサ２１，２２の軸倍角の比が、前記第１変換比に、前記第２変換比を乗算した値に等しく設定するようにするとよい。ここで、軸倍角とは、機械角に対する電気角の比を意味する。
【００５７】
具体的には、例えば、ステアリングシャフト１２の回転角からラックバー１４の軸線方向の変位量への第１変換比を４０mm／２πに設定する。この第１変換比４０mm／２πは、ステアリングシャフト１２が１回転するとき、ラックバー１４は軸線方向に４０mm変位することを意味する。ラックバー１４の軸線方向の変位量から電動モータ１５の回転角への第２変換比を２π／５mmに設定する。この変換比２π／５mmは、電動モータ１５が１回転するとき、ラックバー１４は軸線方向に５mm変位することを意味する。回転センサ２１，２２の軸倍角を８Ｘに設定する。回転角センサ２３の軸倍角を１Ｘに設定する。
【００５８】
この変形例によれば、回転角センサ２２，２３によって検出される回転角は同じになるので、図４の第１回転角補正ルーチン及び図５の第２回転角補正ルーチンにおける回転角の変換処理が不要となり、処理速度が速くなる。また、計算誤差を含まない回転角の流用が可能になり、制御精度も向上する。
【００５９】
さらに、前記のような軸倍角および変換比でなくても、回転角センサ２１，２２，２３の軸倍角、ピニオンギヤ１３とラックバー１４によるステアリングシャフト１２の回転角からラックバー１４の軸線方向の変位量への第１変換比、およびボールねじ機構１６によるラックバー１４の軸線方向の変位量から電動モータ１５の回転角への第２変換比を調整することにより、回転角センサ２３の軸倍角に対する両回転センサ２１，２２の軸倍角の比が、前記第１変換比に、前記第２変換比を乗算した値に対して整数倍または整数分の１に等しく設定するようにしても、ある程度の処理速度の高速化および制御精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１ないし第３実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。
【図２】第１実施形態に係り、図１の電子制御ユニットにより実行される操舵アシストプログラムのフローチャートである。
【図３】図２の操舵アシストプログラム内にて実行される補正値学習ルーチンを詳細に示すフローチャートである。
【図４】図２および図７の操舵アシストプログラム内にて実行される第１回転角変換ルーチンを詳細に示すフローチャートである。
【図５】図２および図８の操舵アシストプログラム内にて実行される第２回転角変換ルーチンを詳細に示すフローチャートである。
【図６】図１の電子制御ユニット内に設けられたアシスト電流テーブルに記憶されている操舵トルク、車速および目標アシスト電流値の関係を示すグラフである。
【図７】第２実施形態に係り、図１の電子制御ユニットにより実行される操舵アシストプログラムのフローチャートである。
【図８】第３実施形態に係り、図１の電子制御ユニットにより実行される操舵アシストプログラムのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１３…ピニオンギヤ、１４…ラックバー、１５…電動モータ、２１，２２，２３…回転角センサ、２５…車速センサ、３０…電子制御ユニット
【図１】
2007008299.tif 000003
【図２】
2007008299.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007008299.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007008299.tif 000008
【図７】
2007008299.tif 000009
【図８】
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